阈值电压与体效应问题

hehuachangkai

回复 18# hichip_fire


   1、不要用常规现象来类比，在半导体中空穴是真实存在的，书上的比喻是为了方便理解，半导体物理开头就强调了这一点。   2、 -反型层的电子当然是来自于P型bulk，反型层的形成，产生了+空间电荷区，gate上的正压变大会感生出更多的电子，即沟道变厚；若衬底电位变低，确实会使沟道变得更厚，因为给了更多的电子来源。但同时要意识到：对于空间电荷区而言，也同时被施加了个反向偏压，反向偏压的存在使得势垒函数变大，电子更不容易被抽到反型层内，即VTH增大了，虽然变化量很小，这就是体效应。
      总而言之，降低bulk电压，和增加gate电压都是可以增大沟道电流，只是由于体效应的存在，降低bulk的1V电位效果<增加1V gate电位的效果，虽然效果差异很不明显。

hehuachangkai

楼主可能把VTH和电流大小关系弄混淆了，两者大小没有必然关系。

baozhongm00

21楼正解，学习了！空间电荷区越宽，电子是很难被吸引到栅极附近的！所以Vth增加！

languang1200

回复 1# hichip_fire


    你这个疑问当初我也有，栅和衬底之间电压产生反行层，衬底更负，栅极应该更小电压形成反型，所以想了挺长时间，后来自己给出一个解释
但是不一定对，仅供娱乐。
     我认为，反型层或者说是管子开通关注的是vgs，是因为反型层的电子绝大部分来自于源区，并不是衬底，以n管做例子，source为n型衬底为p型，这是一个pn结，要想让source中的电子穿越pn结则需要外加 电场抵消pn结的内建电场，当vgs大于源衬内建电场值的时候，source内的电子就被大量吸附到栅下面形成反型层，管子导通。这样的话，如果衬底加上一个比source低的电压，相当于source和衬底之间的pn结加上个负压，使得这个pn接内建电场的耗尽区更宽，需要更大的电压去抵消才能让电子通过，所以vgs要吸附source中的电子需要在原来的基础上进一步加大去抵消source和衬底之间的负压。
   这样可以说通为什么衬底负压，vgs要更大才能管子导通。
    直观理解，具体深层理论可能不是这样。存数个人看法。。。

maxwelljiang

你应该是没理解沟道与衬底的联系，衬底电压越负，那么沟道中电子就越少，电子少到一定程度，强反型就变成弱反型了，沟道逐渐消失，建议你可以参考一些半导体器件物理相关书籍。

samecome

看了这个帖子，我仔细思考了一下，原理是不是这样的呢？
1，MOS管工作的原理是，源极的电子被吸引到漏极。如果Vgs电压没有，耗尽层不形成。则即是有Vds电压，那么电子也不能被吸引到漏极，因为源极和漏极中间有衬底，也就是P型的空穴，还没有到达漏极就被中和掉了。因此需要先加Vgs产生耗尽层，把源极漏极中间的P型空穴中和掉。到这一步都可以理解。
2，正如前面所讲的，MOS管的电流是由源极的电子跑到漏极产生的，而不是衬底的电子跑到漏极产生的！因为衬底的电子想跑到漏极之前就已经被空穴中和掉了（衬底中有大量的空穴，耗尽层产生的原因就是在Vgs的作用下，底部的电子上升和衬底上面的空穴中和，衬底的空穴很多，底部上升的电子会一直被中和，除了是耗尽层加宽之外，不可能跑到漏极）。
3，当Vds有电压之时，源极电子被吸引到漏极，因为反型层的形成，电子再也不用担心被中和，能够顺利达到漏极，故电流产生。但是耗尽层的电子的负电荷（被空穴束缚住的，不会动），会排斥源极过来的电子，同性相斥嘛。所以如果耗尽层越宽，这种排斥越大，电流越小。这也就是为什么当衬底越负，耗尽层越宽，VTH越大（电子越难从源极到达漏极的原因）
4,最后的最后，再给个结论，方便大家记忆最后的结果哈。衬底的电压的变化和栅极电压的变化是一样的，换句话说，对于NMOS，衬底电压越高，（相当于栅极电压增加），电流增加哈。

JoyShockley

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    实际上，衬底永远接最低电位，设为0；这样个点S, G, D 都只能大于等于0；（我不认为razavi书中，令VB < 0, 是一个好的解释方式。）

     电子的最主要的来源是源级而不是衬底 （衬底中电子是少子，源级中电子是多子，源级中的电子远远多于衬底）；

     首先假设S和B 都是最低0电位。

      当VGS 大于某一个阈值电压 （例如：0.5V） 时 (VGS = 0.7V)，电子从源级S越过势垒到达沟道；

      衬底效应是指，S的电位升高到某一值（假设0.1V），当S电位升高，部分电子又会被吸引拉回到S；

      这时，假设Vg保持0.7V不变，根据电荷守恒，减少的电子会被固定负电荷（P衬底）取代，耗尽层变厚；

      接着，提高Vg到0.8V，使得Vgs 仍然等于0.7V （VGB = 0.8），刚才回到源级那部分电子可能再次越过势垒被拉回到沟道，
      
      但是这时，这部分电子，会看到更多的耗尽层，会被耗尽层更排斥，所以只有部分电子会被再次拉回到沟道。

      或者理解为：耗尽层变宽后，源级和耗尽层的间的势垒变高了，Vgs需要更高才能得到相同数量的电子，VTH 变大。

ZJU_emi

   

JoyShockley 发表于 2016-10-5 21:14
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是这样的，只不过是拉扎维那里用的是电容Cdep模型来解释的。随着耗尽层的增加，Cdep增大，使得在沟道处的分压下降。

lpl_bys

27楼正解！反型层中的电子不用说，必来自源级啊，关于S变化导致的vth和vgs变化原理解释得很清楚！

lpl_bys

   

JoyShockley 发表于 2016-10-5 21:14
回复 1# hichip_fire

这个问题的解释找了很久，感谢！